辐射与低温水入渗对土壤水热变化规律的影响

【目的】研究辐射与低温水入渗条件下土壤水分和温度特性的变化规律,为进一步研究如何改善水库下游河岸带生态环境提供理论基础。【方法】以中细砂为代表性土样,利用自主研制的试验系统装置,设置3种辐射温度(无辐射、30和40℃),分析了在低温水入渗(水温10℃、入渗水头25cm)和不同辐射温度作用下土壤内部水分和温度的动态变化特性。【结果】砂土湿润锋的垂直距离和稳定入渗率随辐射温度的升高而增加。辐射热流增加,土壤表层温度升高,温度梯度增大,表面向内部的传热量增加,土壤内部温度升高;辐射温度为40℃时,土壤内部温度梯度大,且整体平均温度较无辐射时要高。有无辐射热流,低温水的入渗均会对土壤内部温度和水分分布产生影响,且土壤深层温度降幅较大。有辐射时,土壤表层温度明显高于无辐射。【结论】在低温水入渗条件下,辐射温度的变化对土壤水、热动态均会造成影响,其影响范围和强度因辐射温度的不同而存在差异。     

降雨条件下岩体边坡稳定性数值模拟与分析

根据某高速公路岩体边坡的实际情况和基本资料,选定典型边坡,建立降雨入渗条件下该边坡非稳定饱和一非饱和渗流分析的有限元模型,分析在汛期暴雨和平均降雨两种工况下边坡内的地下水渗流场及其变化规律,确定地下水荷载。进一步模拟边坡分级开挖、支护过程,计算分析各阶段边坡应力变形规律和位移变化,以及在2种工况下的边坡稳定性。结果表明,降雨后的最小安全系数比降雨前有所减小,局部安全系数小于1．0,有滑坡危险;锚索支护后降雨的最小安全系数比支护前要大,较小安全系数的分布范围有一定的减小,安全系数提高幅度较大,能满足稳定性要求。该结果不仅可以为工程施工提供科学的理论依据,而且对边坡加固措施以及滑坡的预测预报也具有重要的指导作用。     

岩质高边坡开挖应力与蠕变稳定性研究

以某公路岩体边坡工程为例,建立有限元分析模型;根据前期边坡变形监测资料,反演边坡岩体物理力学计算参数,分析边坡开挖后各阶段边坡应力变形规律,结果显示边坡七级开挖后应力变化均在允许范围内,能满足强度要求。为了研究岩体随时间变化的长期稳定性,进一步考虑蠕变特性,推定岩石流变参数,分析边坡蠕变变形规律,评价和预测边坡的稳定安全性。结果表明,在2011年1月前,边坡岩体处于开挖卸载后的非稳态蠕变阶段,之后进入稳态蠕变阶段,岩体位移基本趋于稳定。其中二级平台的测点位3的X向位移变化最大,在2010年5月期间发生急速增长至26mm,对边坡稳定不利。该结果不仅可以为工程施工提供科学的理论依据,而且对边坡加固措施以及滑坡的预测预报也具有重要的指导作用。     

九甸峡混凝土面板堆石坝地震反应

采用三维非线性动力有限元方法,对九甸峡水利枢纽混凝土面板堆石坝的地震反应特性进行深入研究,获得了该坝在设计地震曲线及峰值加速度时的动力反应特性,包括坝体和面板的加速度反应、位移反应、应力反应,以及周边缝和面板接缝的位移反应等,揭示了峡谷地形和深厚覆盖层地质条件下面板堆石坝地震反应的一般规律,分析了该坝的抗震稳定性,论证了设计方案的合理性,提出了抗震设计建议。     

基于HYDRUS模型低温水入渗下土壤水热运移模拟

为了深入研究高坝大库低温水下泄对河(渠)两岸土壤水分、温度动态变化的影响机理,构建了低温水入渗土壤水热运移的数学模型,利用HYDRUS-2D软件进行了求解,并对土壤水热运移数学模型进行参数率定与模型验证的基础上,模拟分析了不同水头低温水入渗条件下土壤水分、温度动态变化规律。经过试验验证,总体的模拟与实测温度和水分的均方根误差RMSE分别为1.074和0.01,模拟结果和实测数据均吻合较好。模拟结果表明,水头变化对土壤温度场和水分场的分布均会产生较大的影响;当模拟达到相对稳态后,土壤平均温度从上到下逐渐降低,土壤中的温度场分布较为均匀;当入渗水温相同时,随着水头增加,土壤内部平均温度降低,土壤深层低温区域逐渐扩大,温度梯度增加;土壤的深层含水率较高,达到饱和状态,含水率分布从上到下逐步增加;随着水头增加,土壤深层饱和区域逐渐扩大,并逐渐向土壤表层区域扩展。该研究揭示了不同水头下低温水入渗对土壤内部温度场、水分场影响分布的一般规律,对进一步改善水库下游河岸带生态环境,丰富土壤水动力学基本理论有着重要的理论意义和实际价值。     

深厚覆盖层上面板堆石坝渗流敏感性分析

为研究防渗帷幕尺寸参数及坝基参数对大坝渗流的影响，以合理优化防渗系统的经济成本。以新疆某深厚覆盖层上面板堆石坝为例，通过自编程准三维渗流分析程序建立渗流模型；使用递进判别的敏感性分析方法，对防渗帷幕深度H、防渗帷幕厚度D、防渗帷幕渗透系数K_a、地基渗透系数K_b以及过渡区渗透系数K_c进行敏感性分析，确定各参数间的敏感性排序。实例分析表明，对单宽渗流量更敏感的参数为H、K_a、K_b，对防渗帷幕渗透坡降更敏感的参数为H、K_c。定量给出参数敏感性的显著性水平，提高敏感性分析的准确性和可靠性，可为深厚覆盖层上面板堆石坝渗流分析提供依据。